北京奥林匹克公园地热资源特征及成因分析

北京奥林匹克公园地热资源特征及成因分析

北京奥林匹克公园是第29届奥运会的中心建设场地。位于北京市场以北，中轴线北端，原都遗址公园，北京市场以北。该区地质条件复杂,脉状分布的岩溶、裂隙含水层具极不均匀性和各向异性。1rev.地质总结(1)公园基底和岩石学特征北京市地热田地质背景是一个北京凹陷,其轴心在丰台至西四一线,西北部位于西山叠坳褶的门头沟叠陷内,东南部位于北京叠断陷内的坨里—丰台叠凹陷内。北京凹陷基底是蓟县系硅质白云岩,最大埋深约为4000m,最浅为500m。它同奥陶—寒武系灰岩构成了地热田的热储层,基底之上主要有白垩系和第三系碎屑岩及第四系松散层,而在奥运公园还有中侏罗系火山碎屑岩及同生角砾岩(洼里砾岩)、石炭—二叠系煤系地层、寒武—奥陶系碳酸盐岩。该层的地热增温在奥运公园一带为1.6℃/100m。(2)南北高丽亚东缘晚八宝山断裂带南北缘北京凹陷的西北面是京西隆起,隆起与凹陷的边界是黄庄—高丽营断裂,该断层属于高角度的正断层,两侧断距大于1000m,倾向南东、北西盘上升、南东盘下降;在此断层西面还有一条大致平行的八宝山断裂,为低倾角逆掩断层,其东南翼的蓟县系逆冲至西北翼的下侏罗系及石炭—二叠系之上。黄庄—高丽营断裂形成于侏罗纪中后期,晚于八宝山断裂,并切诡了八宝山断裂。顺义断裂经过奥运公园南部,在健翔桥附近与黄庄—高丽营断裂相接,呈东向—北东向,倾向南东,是控制白垩系分布的正断层。(3)青白口系、东南角系在北京平原区地层包括:第四系(Q)、第三系(R)、白垩系(K)、侏罗系(J)、石炭—二叠系(C—P)、奥陶系(O)、寒武系(ε)、青白口系(Qn)、蓟县系(Jx)。由于受到各种构造和断裂影响,在奥运地区可分为以下四种地层组合:①Q+J+C+P+O+ε,该区位于八宝山断裂与黄庄—高丽营断裂之间地段的北半部;②Q+R+J+C+P+O+ε该区位于黄庄—高丽营断裂东的中北部;③Q+O+ε+Qn+Jx该区位于八宝山断裂与黄庄—高丽营断裂之间的南部;④Q+R+K+J+Jx该区位于黄庄—高丽营断裂东部的南端。2热资源的积累和分布特征(1)地区地质构造背景黄庄—高丽营断裂和八宝山断裂是北京叠断陷的边界断裂系,从而形成了深循环地下水的通道,深层地下水将热能携带到浅部,控制了地热异常。但奥运公园地区是低区域背景中相对高值地带,且含水裂隙分布以黄庄—高丽营断裂为轴线成不规则脉状向两边伸展开来。北京地区的地热田为沉积盆地型,热储层富水型由岩溶、裂隙发育程度决定,如图1所示。根据钻井资料结合地质构造推断:以奥陶—寒武系为热储层的有①和②区,在①区由北向南热储层埋深逐渐增大,从沙热—6#的1250m至奥热—1#的2997m;而越靠近断层埋深越大,如从沙热—10#至苑热灌—1#由1400～2300m。在②区由北向南逐渐加深,从苑热—1#至JR—94由2600～2900m;而JR—130#离断层线较远埋深增至3133m。以蓟县系为热储层的有③和④区,在③区由西南向东北逐渐加深,由1600m增至3500m,例如JR—119#至JR—141#由2359m增至2608m。在④区由西北2400m向东南增至3500m以上,例如JR—81#至JR—130#由2685m增至3133m以上,见表1。(2)涂层的温度和涂层的水性由于热水层赋水性取决于含水层孔、裂隙度及连通性并与渗透性有关。根据已知钻孔资料可以粗略地了解该区热储层温度变化和赋水性。奥热—①区:热储层顶板温度由37.2～58℃;出水温度59～71℃;水量1600～2400m3/d。即越靠近高丽营断层温度越高,这与距离断层的远近和地下水运动方向有关。奥热—1#上部为1215m厚的洼里砾岩,该层为富水性极高的不增温层;而沿立水桥—北苑—亚运村一带,该层为巨厚火山岩,致使储层温度较高,例如沙热—6#出水温度为71℃。区热储层顶板温度由58.7～74℃;出水温度70～75℃;水量1500～2460m3/d,成井深度深达3600m。区热储层顶板温度由47～60℃;出水温度55～70℃;水量一般在2000m3/d以上,并且含水层埋深浅,成井深度小于3300m。热储沉积深渗透性好,热储制度丰富它和③区相似,但成井加深至3766m。所以黄庄—高丽营断裂是地壳深部热能以水为载体向上运移的主要通道,在热能向上运移的过程中不断沿两侧次级断裂向周围扩散。赋水性特点为靠近断裂构造的热储层渗透性较好,远离断层渗透性差;热储埋藏浅比埋藏深渗透性好。形成了以断裂为主线的地下水脉状网络,而热能分布在同一截面上具有极不均一性。在西北侧较东南侧温度低,但其赋水性较好,同时又与覆盖层岩性和水的运移方向有极大关系。(3)黄庄—地下水的补给、径流和排泄系统。北京奥运匹克公园深层地热水起源于古大气降水,以测向径流和沿断层裂隙补给热储含水层。黄庄—高丽营断裂西侧,水沿热储层和断裂由西向东运移到黄庄—高丽营断裂,而受阻于右侧侏罗系的火山岩形成的阻水边界,从而富集于八宝山与高丽营断裂之间的狭长断裂构造带内。黄庄—高丽营断裂东侧,水由西南向东北方向测向流向顺义断裂和高丽营断裂附近富集,同时部分沿顺义断裂向东北方向流出该区。由于黄庄—高丽营断裂为一深层导水断裂,在某深度处两侧也可能有一定的水力联系,以东侧补给西侧为主;同时地下热